LEIDS - Αισθητήρας πόρτας IOT χαμηλής ενέργειας: 8 βήματα (με εικόνες)

2025 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2025-01-23 14:39

Τι είναι το LEIDS;

Το LEIDS είναι ένας αισθητήρας IOT που βασίζεται στο ESP8266. Αυτός ο αισθητήρας χρησιμοποιεί αυτήν την πλακέτα, ένα μαλακό κύκλωμα ασφάλισης, έναν διακόπτη καλαμιών και μερικούς μαγνήτες για να δημιουργήσει έναν αισθητήρα πόρτας που θα σας στέλνει μια ειδοποίηση όταν ανοίγει και κλείνει η πόρτα σας. Αυτός ο αισθητήρας μπορεί να συνδεθεί με τον διακομιστή MQTT, τον IFTTT ή πολλά άλλα πλαίσια που υποστηρίζουν το ESP8266. Αυτό το εκπαιδευτικό θα χρησιμοποιήσει το IFTTT για να δημιουργήσει εύκολα έναν αισθητήρα που θα στέλνει μια ειδοποίηση στην κινητή συσκευή σας όπου κι αν βρίσκεστε. Ο αισθητήρας μπορεί επίσης να ρυθμιστεί ώστε να επιτρέπει πολλαπλές ειδοποιήσεις από ξεχωριστές πόρτες, γραμματοκιβώτια, φούρνους και οτιδήποτε άλλο έχει φυσική θέση ανοιχτού/κλειστού ή ενεργοποιημένου/απενεργοποιημένου. Το πλεονέκτημα του LEIDS είναι ότι χρησιμοποιεί ελάχιστη ισχύ και χρησιμοποιεί μόνο όταν είναι ανοιχτή μια πόρτα, στη συνέχεια όταν η πόρτα είναι κλειστή στέλνει ένα μήνυμα για να σας ειδοποιήσει ότι η πόρτα έκλεισε και απενεργοποιείται. Αυτό είναι καλύτερο από τον βαθύ ύπνο της μονάδας, καθώς δεν χρησιμοποιεί ενέργεια εάν η πόρτα δεν ανοίξει.

Βήμα 1: Προμήθειες

Οι παρακάτω λίστες δείχνουν τα εργαλεία και τα μέρη που χρησιμοποίησα για αυτό το έργο. Ο αισθητήρας μπορεί να επανασχεδιαστεί για να χρησιμοποιεί διαφορετικά μέρη και να φαίνεται/λειτουργεί διαφορετικά και να χρησιμοποιεί απλώς παρόμοιες έννοιες.

Εργαλεία:

• Συγκολλητικό σίδερο
• ESP01-UART ή Arduino Uno (προγραμματιστής για ESP8266)
• Τρισδιάστατος εκτυπωτής (προαιρετικός)
• Καλώδια βραχυκυκλωτήρων (προαιρετικά)
• Breadboard (προαιρετικό)

Μέρη:

• ESP8266 ESP-01S x 1
• Διακόπτης Reed x 1 (κατά προτίμηση NC, μπορούσα να βρω κανονικά ανοιχτό, οπότε πρέπει να χρησιμοποιήσω δύο μαγνήτες για να λειτουργήσει κανονικά)
• AMS1117 3.3v Ρυθμιστής
• 2n3904 NPN Transistor x 1
• P-Channel Mosfet x 1 (θέλουμε κάτι που έχει χαμηλό VGS, κατά προτίμηση NDP6020P)
• Μπαταρία Lipo 3,7v 100 mAh x 1
• Ανάμικτες αντιστάσεις (100k ohm, 10k ohm, 220 ohm, 3k3 Ohm)
• Μαγνήτες 6x3mm x 2
• Ταινία στερέωσης διπλής όψης
• Σύρμα
• Κόλλα μετάλλων
• Perfboard

Τρισδιάστατα τυπωμένα μέρη:

Θήκη για αισθητήρα

Βήμα 2: Soft Latching Circuit - Hardware

Το κύκλωμα μαλακού κλειδώματος που χρησιμοποιώ είναι μια τροποποίηση ενός σχηματικού που βρήκα στο διαδίκτυο. Δεν είμαι ειδικός και πιστεύω ότι υπάρχουν καλύτεροι τρόποι κατασκευής αυτού του κυκλώματος, αλλά για τον σκοπό μου αυτό το κύκλωμα κάνει τη δουλειά του!

Ο τρόπος με τον οποίο λειτουργεί είναι ότι όταν το καλάμι που διακόπτεται κλείνει από μαγνητικό πεδίο επιτρέπει ρεύμα στο τρανζίστορ NPN. Το τρανζίστορ NPN στηρίζει στη συνέχεια το PNP mosfet που επιτρέπει τη ροή ρεύματος στο ESP8266. Το ESP8266 ενεργοποιείται, χρησιμοποιεί έναν από τους ακροδέκτες του για να διατηρεί το PNP mosfet γειωμένο, το οποίο συνεχίζει να τροφοδοτεί το ESP8266. Στη συνέχεια, όταν το ESP8266 τελειώσει με τις εργασίες του, ορίζει τον ακροδέκτη εξόδου σε LOW που διακόπτει το τρανζίστορ NPN και κλείνει την πύλη στο mosfet PNP.

Χρησιμοποιώντας ένα κύκλωμα όπως αυτό, το ESP8266 μπορεί να ενεργοποιηθεί από έναν διακόπτη και στη συνέχεια να απενεργοποιηθεί πλήρως μέσω σήματος. Αυτό επιτρέπει στο κύκλωμα να μη βγάζει ρεύμα όταν ο αισθητήρας είναι κλειστός/απενεργοποιημένος.

Βήμα 3: ESP8266 - Υλικό

Το ESP8266 που χρησιμοποιώ θα στέλνει ένα μήνυμα για ειδοποίηση όταν μια πόρτα (ή άλλο πράγμα) είναι ανοιχτή και μετά θα περιμένει να κλείσει η πόρτα για να στείλει ένα μήνυμα κλεισίματος και να κλείσει. Το ESP8266 θα τροφοδοτείται από το κύκλωμα μαλακού μανδάλωσης και θα χρησιμοποιεί έναν πείρο για να διαβάζει τον διακόπτη καλαμιών και έναν άλλο πείρο για να παραμένει ενεργοποιημένος και στη συνέχεια να απενεργοποιείται. Επέλεξα να χρησιμοποιήσω το ESP-01 λόγω του μικρού συντελεστή φόρμας. Το ESP θα στείλει ένα αίτημα ιστού για να μας ειδοποιήσει όταν ο αισθητήρας αλλάξει σε "άνοιγμα" και "κλείσιμο". Η ευκολότερη μέθοδος που βρήκα ήταν η χρήση IFTTT και Google Sheets. Αυτό εξηγείται στα παρακάτω βήματα.

Βήμα 4: IFTTT για απομακρυσμένες ειδοποιήσεις - Μέρος 1

Σε αυτό το εγχειρίδιο θα χρησιμοποιείτε το IFTTT και θα εφαρμόζετε webhooks και φύλλα Google για να λαμβάνετε απομακρυσμένες ειδοποιήσεις στην κινητή συσκευή μας. Για να χρησιμοποιήσετε αυτές τις υπηρεσίες θα χρειαστείτε τα ακόλουθα:

• Ένας λογαριασμός Google
• Ένας λογαριασμός IFTTT (μπορεί/πρέπει να συνδεθεί με λογαριασμό Google)
• Η εφαρμογή IFTTT για την κινητή συσκευή σας

Αφού δημιουργήσετε/συνδεθείτε στους λογαριασμούς σας, θα δημιουργήσουμε δύο μικροεφαρμογές. Οι φωτογραφίες στο πάνω μέρος αυτής της ενότητας δείχνουν πώς να χειρίζεστε την ιστοσελίδα. Τα παρακάτω βήματα αφορούν την πρώτη μικροεφαρμογή, το αίτημα εκτόξευσης συμβάντος. Αυτή η μικροεφαρμογή θα λάβει ένα μήνυμα από τον αισθητήρα και θα αποθηκεύσει το συμβάν σε ένα έγγραφο φύλλων Google. Στη συνέχεια, μπορείτε να δείτε το ιστορικό του αισθητήρα σας και να δείτε πότε άνοιξε και έκλεισε.

1. Μεταβείτε στο σύνδεσμο "Οι εφαρμογές μου" που βρίσκονται στο επάνω μέρος
2. Κάντε κλικ στο κουμπί "Νέα εφαρμογή"
3. Κάντε κλικ στο μπλε κουμπί "+αυτό"
4. Αναζητήστε "webhooks" και κάντε κλικ σε αυτό
5. Στην επόμενη σελίδα επιλέξτε την κάρτα "Λήψη αιτήματος ιστού"
6. Στη συνέχεια, ορίστε το όνομα της εκδήλωσης σε ό, τι θέλετε, επέλεξα να το ονομάσω "sensor_activated"
7. Στην επόμενη σελίδα κάντε κλικ στο μπλε κουμπί "+that"
8. Αναζητήστε την υπηρεσία "φύλλα Google" και επιλέξτε την
9. Στην επόμενη σελίδα επιλέξτε τη λειτουργία "Προσθήκη σειράς σε υπολογιστικό φύλλο"

10. Συμπληρώστε την ενέργεια ως εξής:

    • Όνομα υπολογιστικού φύλλου, ονόμασα το δικό μου "Ιστορικό αισθητήρων"

    • Η διαμορφωμένη γραμμή πρέπει να μοιάζει με την ακόλουθη

      {{OccurredAt}} ||| {{Value1}} ||| {{Value2}}

    • Αφήστε το τελευταίο πεδίο ως έχει, εκτός εάν θέλετε να αλλάξετε το σημείο όπου η μικροεφαρμογή θα αποθηκεύσει την κατάσταση του αισθητήρα
11. Στη συνέχεια, κάντε κλικ στην επιλογή "Δημιουργία ενέργειας"
12. Τέλος, κάντε κλικ στο "Τέλος" στην τελική οθόνη

Τώρα ας δοκιμάσουμε ότι λειτουργεί

1. Μεταβείτε σε αυτόν τον σύνδεσμο
2. Στη συνέχεια, κάντε κλικ στο κουμπί "Τεκμηρίωση" (θα χρησιμοποιήσουμε ξανά αυτήν τη σελίδα "Τεκμηρίωση" αργότερα)
3. Τώρα θα βρίσκεστε στη δική σας προσωπική ενότητα για την μικροεφαρμογή IFTTT Webhooks
4. Συμπληρώστε το πεδίο όπου γράφει "{event}" με το όνομα της εκδήλωσής σας, σε αυτήν την περίπτωση το όνομα του συμβάντος είναι "sensor_activated"
5. Τώρα συμπληρώστε το πεδίο "value1", αυτό είναι το πεδίο που θα κρατήσει τη θέση του αισθητήρα σας, θα το συμπληρώσω με "Front door"
6. Τώρα συμπληρώστε το πεδίο "value2", αυτό είναι το πεδίο που θα έχει την κατάσταση του αισθητήρα, θα το συμπληρώσω με "άνοιξε" μόνο για δοκιμή
7. Στη συνέχεια, κάντε κλικ στο μπλε κουμπί "Δοκιμάστε το"
8. Εάν όλα πήγαν καλά, θα πρέπει να λάβετε ένα πράσινο "Το συμβάν ενεργοποιήθηκε". μήνυμα στην κορυφή
9. Τώρα αν θέλετε να δείτε πώς αποθηκεύτηκε το μήνυμά σας, μπορείτε να ανοίξετε τα φύλλα google και να βρείτε το υπολογιστικό φύλλο που πρόσθεσε, έχω επισυνάψει μια εικόνα για να δείξω πώς θα είναι το υπολογιστικό φύλλο

Τώρα στο επόμενο βήμα προσθέτοντας μια μικροεφαρμογή για να μας ειδοποιήσει για την αλλαγή κατάστασης.

Βήμα 5: IFTTT για απομακρυσμένες ειδοποιήσεις - Μέρος 2

Τώρα θα προσθέσουμε μια μικροεφαρμογή για να μας ειδοποιήσει όταν το υπολογιστικό φύλλο κατάστασης προστίθεται μια σειρά. με άλλα λόγια, όταν ο αισθητήρας πυροδοτήσει ένα συμβάν. Όπως και πριν θα δημιουργήσουμε ένα νέο applet. Τα παρακάτω βήματα θα σας καθοδηγήσουν στη δημιουργία της δεύτερης μικροεφαρμογής. Δεδομένου ότι έχουμε κάνει κάτι παρόμοιο στο προηγούμενο βήμα, θα προσθέσω μόνο τις διαφάνειες που είναι διαφορετικές σε αυτό το βήμα.

1. Μεταβείτε στο σύνδεσμο "Οι εφαρμογές μου" που βρίσκονται στο επάνω μέρος
2. Κάντε κλικ στο κουμπί "Νέα εφαρμογή"
3. Κάντε κλικ στο μπλε κουμπί "+αυτό"
4. Αναζητήστε "φύλλα Google" και κάντε κλικ σε αυτό
5. Στην επόμενη σελίδα επιλέξτε την κάρτα "Νέα σειρά προστέθηκε στο υπολογιστικό φύλλο"

6. Στη συνέχεια, συμπληρώστε τα πεδία για να δείξετε το υπολογιστικό φύλλο στο οποίο γράφει η άλλη μικροεφαρμογή

   • Σε αυτό το παράδειγμα, η διαδρομή είναι "IFTTT/MakerWebooks/sensor_activated"
   • Το όνομα αρχείου είναι "Ιστορικό αισθητήρων"
7. Στην επόμενη σελίδα κάντε κλικ στο μπλε κουμπί "+that"
8. Αναζητήστε την υπηρεσία "ειδοποιήσεις" και επιλέξτε την

9. Τώρα πρέπει να συμπληρώσουμε τα πεδία υπηρεσίας ειδοποιήσεων

   • Ο τίτλος αλλάζει σε

     {{ColumnB}} ήταν {{ColumnC}}

   • Το μήνυμα έχει οριστεί σε

     {{ColumnB}} ήταν {{ColumnC}} στις {{ColumnA}}

   • Ο σύνδεσμος μένει μόνος
10. Στη συνέχεια, κάντε κλικ στην επιλογή "Δημιουργία ενέργειας"
11. Τέλος, κάντε κλικ στο "Τέλος" στην τελική οθόνη

Για να δοκιμάσετε το δεύτερο μέρος του συστήματος ειδοποιήσεων IFTTT, βεβαιωθείτε ότι έχετε κατεβάσει την εφαρμογή IFTTT στην κινητή συσκευή σας και συνδεθείτε με τα διαπιστευτήριά σας. Στην περίπτωσή μου, συνδέομαι με τον λογαριασμό μου google. Τώρα μπορούμε να το ελέγξουμε επιστρέφοντας στη σελίδα "Τεκμηρίωση" και ενεργοποιώντας τη δοκιμή με το όνομα συμβάντος να έχει οριστεί ως "sensor_activated", το πεδίο "value1" που έχει οριστεί στη θέση και το πεδίο "value2" έχει οριστεί σε κατάσταση.

Αυτό θα πρέπει να σας στείλει μια ειδοποίηση. Εάν δεν λάβετε ένα, βεβαιωθείτε ότι έχετε συνδεθεί με τον ίδιο λογαριασμό και ότι έχετε επιτρέψει στην εφαρμογή να σας στέλνει ειδοποιήσεις.

Βήμα 6: Arduino IDE και Sketch

Το λογισμικό που χρησιμοποιείται για τον πίνακα καταρτίζεται χρησιμοποιώντας το Arduino IDE.

Η λογική έχει ως εξής:

• Ο διακόπτης καλαμιών κλείνει ανοίγοντας την πόρτα
• Το ESP στη συνέχεια ενεργοποιείται και συνδέεται σε WiFi
• Μόλις δημιουργηθεί η σύνδεση WiFi στέλνει ένα αίτημα http (στέλνει μια εντολή στο διαδίκτυο) που μας λέει ότι έχει ανοίξει μια πόρτα ή κάτι άλλο
• Στη συνέχεια, διαβάζει ένα σήμα από το διακόπτη καλαμιών για να καθορίσει εάν η πόρτα έχει κλείσει
• Όταν ο πίνακας ESP ανακαλύψει ότι ο διακόπτης καλαμιών είναι ανοιχτός (δηλαδή η πόρτα ήταν κλειστή) στέλνει ένα άλλο αίτημα http που μας λέει ότι η πόρτα ήταν κλειστή
• Στη συνέχεια, δίνει σήμα στο κύκλωμα μαλακού μανδάλου για να κόψει την ισχύ στην πλακέτα

Κατεβάστε το Arduino IDE

Έχω επισυνάψει τον κωδικό arduino σε αυτήν την ενότητα για λήψη. Εάν δεν διαθέτετε το Arduino IDE, μπορείτε να το κατεβάσετε διαδικτυακά στη διεύθυνση

Εγκαταστήστε τον κατάλληλο διαχειριστή πλακέτας

Για να ανεβάσετε τον κωδικό στον πίνακα ESP, πρέπει να εγκαταστήσετε έναν διαχειριστή πλακέτας στο Arduino IDE χρησιμοποιώντας τα ακόλουθα βήματα.

• Μεταβείτε στο Αρχείο> Προτιμήσεις για να ανοίξετε το παράθυρο προτιμήσεων
• Στο παράθυρο προτιμήσεων, βρείτε το πεδίο που λέει "Πρόσθετες διευθύνσεις URL διαχειριστή πίνακα"
• Επικολλήστε τον παρακάτω σύνδεσμο σε αυτό το πεδίο https://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json και πατήστε το κουμπί "OK"
• Τώρα ανοίξτε τον διαχειριστή πινάκων πηγαίνοντας στο Εργαλεία> Πίνακας, τότε η πρώτη καταχώρηση θα είναι ο Διαχειριστής πινάκων
• Πληκτρολογήστε "ESP8266" στο μενού της πλακέτας και εγκαταστήστε το "esp8266" Επιλέγω την έκδοση 2.5.0 καθώς είχα κάποια προβλήματα με τις νεότερες εκδόσεις
• Τώρα επιστρέψτε και επιλέξτε την πλακέτα σας από το Εργαλεία> Πίνακας> Γενική μονάδα ESP8266
• Στη συνέχεια κλείστε και ανοίξτε ξανά την ιδέα του arduino για να βεβαιωθείτε ότι έγιναν οι αλλαγές

Ανοίξτε το σκίτσο στο Arduino IDE

Πρέπει να τροποποιήσουμε τέσσερις γραμμές του κώδικα, ώστε ο αισθητήρας να λειτουργεί για εσάς

1. Αλλάξτε το SSID στο WiFi SSID a.k.a. το όνομα του wifi σας
2. Αλλάξτε τον κωδικό πρόσβασης για να ταιριάζει με τον κωδικό πρόσβασης για το wifi σας
3. Αλλάξτε το url για να ταιριάζει με το url από τη σελίδα "Τεκμηρίωση" της υπηρεσίας "webhook"
4. Αλλάξτε τη θέση του αισθητήρα στο σημείο που σκοπεύετε να τον τοποθετήσετε, αυτό μπορεί να είναι η μπροστινή πόρτα, η πίσω πόρτα, το γραμματοκιβώτιο κ.λπ.

Τώρα που τροποποιήσατε τον κώδικα για να ταιριάζει στις ανάγκες σας, πρέπει να τον φορτώσουμε στον πίνακα. Στην περίπτωσή μου χρησιμοποιώ προγραμματιστή USB και ακολουθώ τις οδηγίες για αυτό. Αυτό μπορεί να απαιτήσει πολλή αντιμετώπιση προβλημάτων, γι 'αυτό προτείνω να αναζητήσετε διαδικτυακά ένα πιο σε βάθος σεμινάριο. Στην περίπτωσή μου, συνδέω το ESP-01 στον προγραμματιστή, το συνδέω στον υπολογιστή, μετά γυρίζω το διακόπτη από το uart στο prog, τέλος αποσυνδέω και συνδέω ξανά τον προγραμματιστή. Αυτό αφήνει τώρα το ESP σε λειτουργία προγραμματισμού. Τώρα απλώς κάνω κλικ στο κουμπί μεταφόρτωσης και αφήνω να ολοκληρωθεί η μεταφόρτωση. Αν θέλετε να δείτε αν συνδέεται, μπορείτε να ανοίξετε τη σειριακή οθόνη και να δείτε τα μηνύματα κατάστασης. Μόλις ανεβάσετε το σκίτσο, θα κολλήσουμε τα πάντα μαζί, θα το τοποθετήσουμε σε ένα περίβλημα και θα το τοποθετήσουμε στην επιθυμητή θέση.

Βήμα 7: Περίβλημα (τρισδιάστατη εκτύπωση)

Έχω σχεδιάσει το ακόλουθο περίβλημα για να χωρέσει όλα τα εξαρτήματα, να επιτρέψει την τοποθέτηση ενός μαγνήτη και να ευθυγραμμίσει τον διακόπτη καλαμιών. Το δεύτερο μέρος χρησιμοποιείται μόνο για να συγκρατήσει έναν δεύτερο μαγνήτη που θα επιτρέψει το άνοιγμα και το κλείσιμο του διακόπτη.

Μόλις συγκολληθούν όλα τα εξαρτήματα, μπορούμε να τα πιέσουμε προς τα κάτω στη θήκη, αν θέλετε μπορείτε να προσθέσετε λίγη καυτή κόλλα στο κάτω μέρος για να συγκρατηθούν όλα. Στη συνέχεια, πρέπει να πιέσουμε έναν μαγνήτη στη θήκη με τα ηλεκτρονικά και να ευθυγραμμίσουμε ο διακόπτης καλαμιών όπως απαιτείται. Ο άλλος μαγνήτης πρέπει να πιεστεί στο άλλο περίβλημα. Μόλις ολοκληρωθούν και τα δύο περιβλήματα, μπορούμε να το δοκιμάσουμε βάζοντας τα δύο περιβλήματα μαζί, στη συνέχεια διαχωρίζοντάς τα και φέρνοντάς τα ξανά μαζί. Θα πρέπει τώρα να λάβουμε δύο ειδοποιήσεις, μία για τον αισθητήρα ανοιχτό και μία για τον αισθητήρα κλειστό. Κρατήστε τα δύο μαζί για να μην εξαντληθεί η μπαταρία.

Συνδέστε ταινία στερέωσης στο πίσω μέρος των αισθητήρων και εφαρμόστε τα στην επιθυμητή θέση. Τοποθέτησα το δικό μου στο γραμματοκιβώτιό μου. Τώρα ελέγξτε ότι η ευθυγράμμιση είναι σωστή και ότι ο αισθητήρας είναι σε θέση να στείλει ένα ανοιχτό και κλειστό μήνυμα.

Voila, τώρα έχεις τον δικό σου αισθητήρα για να σε ειδοποιεί όταν ανοίγει και κλείνει. Ενημερώστε με αν σας αρέσει και αν υπάρχει κάτι που αισθάνεστε ότι μπορεί να βελτιωθεί.

Υποβάλλω επίσης αυτό το διδακτικό στον διαγωνισμό IOT, οπότε φροντίστε να σας αρέσει και να ψηφίσετε για αυτό και για οποιαδήποτε άλλα έργα IOT που απολαύσατε

Βήμα 8: Μελλοντικές βελτιώσεις

Για αυτό το έργο αντιμετώπισα δύο ζητήματα. Το πρώτο πρόβλημα που συνάντησα ήταν η χρήση ενός mosfet που είχε πολύ υψηλό Vgs οπότε έπρεπε να αλλάξω σε διαφορετικό. Δεύτερον, ο διακόπτης καλαμιών που χρησιμοποίησα είναι κανονικά ανοιχτός και στην περίπτωσή μου ένας κανονικά κλειστός διακόπτης θα ήταν ευκολότερο να εφαρμοστεί και θα είχε εξοικονομήσει πολύ χώρο. Τέλος, το esp 01s ήταν πολύ δύσκολο να δουλέψω και έπρεπε να μπλέξω με τις καρφίτσες του gpio για να λειτουργήσει σωστά, αλλά εξακολουθούσα να έχω κάποια προβλήματα. Νομίζω ότι αυτό το έργο μπόρεσε να μου διδάξει πολλές έννοιες και με βοήθησε να βρω περισσότερες ιδέες και υλοποιήσεις χρησιμοποιώντας τους πίνακες esp8266 και το IFTTT.

Δευτέρα στο IoT Challenge